해피레포트 - 일반물리실험(2학기,부산대학교)

카테고리 : 레포트 > 자연과학계열 파일이름 :일반물리실험2학기.zip 문서분량 : 50 page 등록인 : dladl11 문서뷰어 : 압축유틸프로그램 등록/수정일 : 14.08.07 / 15.08.31 구매평가 : 다운로드수 : 3 판매가격 : 6,000 원

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보고서설명
2009년도에 시행된 일반물리실험 레포트입니다. 그래프는 오리진을 이용하여 그렸습니다. 빛의 성질을 제외한 나머지 파일에는 모두 엑셀파일을 (+ 오리진파일) 함께 첨부하였습니다. 포함된 실험은 다음과 같습니다. 전자측정 연습 고체의 비열 열의 일당량 고체의 선 팽창계수 교류회로 전류가 만드는 자기장 음파의 성질 빛의 성질(파동기하학) 이중슬릿에 의한 빛의 간섭과 회절

본문일부/목차
전자측정 연습 직류전압을 오실로스코프와 멀티미터로 측정한 결과를 그래프를 통해 나타내었다. 이 그래프는 멀티미터가 전압을 오실로스코프보다 더 크게 측정되었음을 나타낸다. 더 큰 전압을 갖는 것의 원인은 세 가지로 해석할 수 있다. 1. 멀티미터의 내부저항이 더 작아 전압강하현상이 약하게 일어났기 때문이다. 2. 오실로스코프는 눈으로 크기를 어림잡아 측정하여 기록한 것이기 때문에 멀티미터보다 유효숫자가 작다. 3. power supply의 공급전원은 정확히 조절한 것이 아니다.(supply는 소수 첫째 자리까지만 유효숫자이다. 반면, 멀티미터는 소수 셋째 자리까지 표현가능하다.) 이 세 가지 원인이 모두 작용한 것으로 보인다. 첫 번째 원인은 멀티미터가 작고 오실로스코프와는 달리 전기적 물리량을 측정하는데만 적합하도록 설계된 것 같아 아무래도 내부저항이 더 작지 않을까라고 생각하여 원인으로 분석했다.(내부저항을 비교해놓은 자료를 찾을 수가 없었다. 뒤에 이 원인의 근거로 하나의 그래프를 제시할 것임) 두 번째 원인은 오실로스코프의 측정값과 멀티미터의 측정값을 비교해보았을 때 소수 첫째자리까지 완전히 일치한다는 것 때문에 원인으로 분석했다. 세 번째 원인은 우리가 supply를 0.5, 1, 1.5 등에 정확히 맞춘 것이 아니라고 생각한다. 우리가 맞춘 0.5는 0.51일수도 있으며 0.52일 수도 있음을 간과해서는 안된다고 생각하여 원인으로 분석하였다. 고체의 비열 물질마다 비열이 다른 이유를 알기 전에 비열이 무엇인지를 생각할 필요가 있다. 비열은 물질의 고유한 특성이며 어떤 물질 1g을 1K만큼 올리는데 필요한 열량이다. 왜 물질마다 같은 온도를 올리는데 필요한 열량이 다를까? 그 이유는 원자나 분자가 다르고 그 사이의 결합이 다르기 때문이다. 온도는 평균운동에너지를 나타낸다. 평균운동에너지가 높아지려면 운동이 활발해질 수 있어야하는데 결합력이 강하면 운동에너지 증가가 쉽지 않다. 따라서 원자나 분자사이의 결합력이 강할수록 같은 열량에 의해 증가하는 온도가 작기 때문에 결국 비열이 작다는 결론에 도달할 수 있다. 열의 일당량 이번 실험은 내가 해준 일이 열로 전환되는 관계를 알아보는 실험이었다. 반도체인 서미스터를 이용하여 저항의 측정을 통해 온도를 측정하였으며 내가 해준 일의 단위로 쓸 수 있는 N(회전수)와 W, W-Q, J 등의 관계를 도시해봄으로서 이 물리량들 간의 연관관계를 파악해볼 수 있었다. 뿐만 아니라 내가 해준 일 W는 J라는 상수를 통해 열 Q로 전환되었다. 이 실험의 목적인 J값을 결정하는데 있어서 위에서 언급한 세 가지 원인으로 인해, 그리고 Ti와 N값의 부정확한 측정으로 인해, J값이 기존에 알려진 4.2의 158%에 해당하는 6.66이 나왔기 때문에 이번 실험은 상당히 부정확한 실험이었다. 그리고 오차와 오차의전파를 줄이기 위해서는 같은 데이터를 여러번 측정해야하는데 이번 실험은 각기 다른 값들을 한 번씩만 측정했기 때문에 상당히 부정확한 실험이었다. 설정온도의 수를 2~4개로 줄이고 그 각각에 대해 3~5번정도씩 측정을 하여 그 평균과 표준편차를 이용했더라면 좀 더 정확한 실험이 되어 J의 실제값과 유사하게 결정되었을 것이다. 고체의 선 팽창계수 이 실험은 선팽창계수라는 값을 측정하여 열에너지에 의한 물질(물체)의 팽창에 대해 이해하고자 하는 실험이다. 팽창은 결합력을 벗어나는 행위(퍼텐셜이 증가하는)임을 이해하는 것이 중요하다. 온도변화폭(dT)에 따른 길이변화(dL)를 그래프로 각각에 대하여 도시해봄으로써 열에너지가 원자(분자)의 에너지를 증가시키는 역할임을 잘 이해할 수 있는 실험이다. 부가적으로는 금속의 저항은 온도에 따라 변한다는 것도 알 수 있다. 이 실험에 영향을 많이 준 측정값(설정값)으로는 R hot가 있다. 왜냐하면 R hot를 일정 영역대에 있도록 하면 그 영역에서는 짧은 순간에도 큰 값의 선팽창이 일어날 수 있기 때문이다. 정밀한 선팽창계수를 위해서는 R hot를 다이얼게이지와 멀티미터의 저항측정값이 급변하는 영역을 벗어낫을 때로 읽는 것이 안정적이다. 교류회로 이번 실험은 교류전압에서 R, L, C 가 어떻게 작용하는지를 확인하는 실험이다. 이 실험의 결과 저항 R 뿐만 아니라 유도기와 축전기도 저항체의 역할을 함을 알 수 있었다. 또한 저항체의 역할을 하는 정도를 교류전압의 각진동수 w에 의해 달라짐을 알 수 있다. 유도기는 w가 증가함에 따라 저항의 역할을 많이 하지만 축전기는 w가 증가함에 따라 저항의 역할을 거의 하지 않는다. 즉 w가 낮은 영역에서는 용량형회로가 되지만 w가 큰 영역에서는 유도형회로가 된다. 용량형회로와 유도형회로의 경계가 바로 공명현상이 일어나는 지점임을 알 수 있었고 공명현상이 일어났을 때 전류의 진폭이 최대가 된다는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 유도기와 축전기를 옴의 법칙 형태로 쓰고 I와 V를 측정하면 그 기울기로서 리액턴스를 측정할 수 있음을 알았다. 결국 이번 실험은 교류의 특성을 이해하고 교류라는 것은 진동수를 가지는 변하는 전류임을 이해해야하고 변하는 전류일 경우 R, L, C의 역할이 어떻게 달라지는 지를 알아야하는 실험이었다. 전류가 만드는 자기장 솔레노이드 내부의 자기장은 균일하다 즉 일정한 값을 가진다. 하지만 유한한 길이의 솔레노이드 내부에서는 완벽하게 균일하지 않다. 특히 솔레노이드의 양 끝에서는 자기장이 감소한다. 그 이유는 자기장이 휘어지기 떄문이다. 그리고 솔레노이드 외부(자기장이 나가거나 들어가는 쪽이 아닌 도선의 위쪽이나 아래쪽)에서 이상적인 솔레노이드의 경우 자기장이 0이다. 특히 솔레노이드의 길이가 길어질수록 0에 가까워진다. 음파의 성질 이번 실험은 진동수, 파장, 속도의 관계를 통해 정상파 형성을 위한 조건을 구해보는 실험이었다. 또한 파동 중에서도 ‘음파’라는 것을 잊어서는 안된다. 음파는 기본적으로 종파이며 탄성파이고 구면파이다. 이 세 가지 파동의 특성을 잘 고려해서 실험을 해야 한다. 그리고 마지막 실험 결과분석에서 진동수에 따라 나타낸 음파의 속력은 달라지는 것처럼 나왔는데 이것은 진동수와 음파의 속력 사이에 인과관계가 있는 것이 아니라, 실험조건에 있어서 변화가 있거나 측정의 부정확성에 그 원인이 있다. 우선 실험조건의 변화를 이론으로부터 찾아보면 속력 v는 T에 관한 함수이므로 온도 T에 관련된 물리량을 찾아야한다. 꼭 T가 변화한 것이 아니더라도 T의 변화가 속력에 주는 영향과 동일한 영향을 주는 변화가 존재하면 된다. T가 증가해서 속력이 증가하는 이유는 매질 간 충돌수의 감소와 운동에너지의 증가였다. 운동에너지는 온도에 직결되는 값이지만 매질 간 충돌수의 감소는 부피의 증가나 바람 등의 영향으로 달라질 수 있다. 두 번째로 측정의 부정확성인데 이것은 관의 밀폐여부, 마이크로폰의 비틀림, 그리고 마이크로폰과 자와의 거리가 존재함으로서 생기는 계기오차가 속력측정에 영향을 미쳤을 가능성이 높다. 속력 때문에 부정확한 실험이긴 했으나 v,f,파장,L,n 사이의 관계에 비교적 정확하게 서술 할 수 있었다. 빛의 성질(파동기하학) 이중슬릿에 의한 빛의 간섭과 회절빛의 삼원색은 적, 청, 녹이다. 우리가 보는 모든 색은 반사광이다. 모든 물질은 특정 파장영역대의 가시광선을 흡수하는데 이때 우리 눈에 보이는 것은 흡수하지 못한 가시광선 즉 흡수하는 가시광의 보색이다. 따라서 빛의 합성을 할 때 주의해야할 것은 우리가 어떤 물체에 반사되는 빛의 색을 볼 것인가 이다. 그 물체가 흡수하는 파장 영역대에 따라서 우리 보이는 색이 달라질 것이기 때문이다. 우리는 흰색종이(모든 가시광선을 반사시키는)에 빛을 비추었으므로 우리가 비춰준 빛의 색에 따라 그 색 그대로 보일 것이다. 만약 적색과 청색을 비췄다면 그 둘 모두 반사되어 합성된 색인 자홍색이 보인다. 만약 노랑(빨강+초록)색의 빛을 파란 종이에 비춘다면 우리는 검정색을 볼 것이다. 왜냐하면 파란종이는 파란색 밖에 반사하지 못하고 나머지 모든 색의 빛을 흡수하기 때문에 빨강과 초록을 흡수하여 검정색으로 보인다. 그런데, 이번실험에 장비가 조금 이상하였다. 장비가 적->녹->청 의 순서로 되어있었는데 빛을 가릴 수 있는 가리개가 한쪽으로만 움직이는 일체형이라 적과 청의 합성을 할 수 없는 구조로 되어있는 듯 했다. 그래서 우리는 적+녹+청, 적+녹, 녹+청만 실험할 수 있었다. 이중슬릿에 의한 빛의 간섭과 회절 이 실험은 빛의 간섭현상을 통해 간섭과 회절에 대해 알아보는 실험이었다. 보강과 상쇄간섭이 일어나는 조건과 간섭과 회절현상을 이용해 슬릿의 두께와 폭을 측정할 수 있었다. 이 실험은 아주 얇은 틈을 가진 물체의 틈을 측정하는데 쓰일 수 있다. 버니아캘리퍼나 마이크로미터 등으로 측정이 불가능한 틈을 조사하는데 이 간섭무늬를 이용하여 간접 측정할 수 있다. 이 실험은 Young의 실험인데 Young은 이 실험을 하는데 있어 2가지 근사를 사용했는데 우리는 그 근사에 대해 중점적으로 실험을 해봤다. 그 결과 근사를 하면 할수록 의외로 큰 오차를 내었고 근사가 잘 성립하는 조건을 만들어주면 오차가 줄어듬을 알 수 있었다. 거리 D가 증가할수록 각이 줄어들어 근사가 잘 성립하였고 거리 x가 줄어들수록 근사가 잘 성립하였다.

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